Экспериментальное определение влажности воздушной массы

               Федеральное    государственное     бюджетное   образовательное                        

                     учреждение высшего профессионального образования

                            Челябинский государственный университет

                                               факультет экологии

                           кафедра геоэкологии и природопользования

 

 

 

                    

                                                Контрольная работа

 

                                                  Реферат на тему:

            Экспериментальное определение влажности воздушной массы

 

 

 

 

                                                                             

 

                                                                               Выполнила: студентка группы ЭЭ-102

                                                                               Киргизова, И. А.

                                                                     Проверил: старший преподаватель

                                                                     Васильев,О.В.                                        

 

 

 

 

 

Содержание

Влажность воздуха……………….…………………………………………….…3

Величины измерения влажности………………………………………………....5

Способы определения влажности……………………………………………....12

Значение в природе и жизни человека…………………………………………16

Заключение……………………………………………………………………….17

Список используемой литературы……………………………………………...17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влажность воздуха.

В атмосферном воздухе  и в воздухе закрытых помещений  всегда содержатся водяные пары, количество которых меняется в зависимости  от температуры и скорости его  движения, а также от географической зоны, времени года, суток и условий  погоды.

Вода в атмосфере содержится в виде молекул (пара), капелек и  кристалликов, влажность воздуха  характеризуется содержанием водяного пара в г/м3  Количество водяного пара, которое может содержаться  в воздухе при данной температуре - максимальное влагосодержание (или  максимальная упругость) водяного пара (Е). Процентное отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому количеству, которое может  содержаться при данной температуре  – относительная влажность (%). Она  показывает степень насыщения воздуха  водяным паром.

Разность между максимальной (Е) и фактической упругостью водяного пара – дефицит  (Д). Температура, при которой находящийся в  воздухе водяной пар насытит  его и начнется конденсация - точка  росы (Т0). Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара он может  содержать, тем выше точка росы.

Влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких  пределах. Так, у земной поверхности  содержание водяного пара в воздухе  составляет в среднем от 0,2 % по объёму в высоких широтах до 2,5 % в тропиках. Упругость пара в полярных широтах  зимой меньше 1 мбар (иногда лишь сотые  доли мбар) и летом ниже 5 мбар; в  тропиках же она возрастает до 30 мбар, а иногда и больше. В субтропических пустынях упругость пара понижена до 5—10 мбар.

Водяной пар поступает  в атмосферу в результате процесса испарения с поверхности океанов, морей, водоёмов, влажной почвы и  растений. Образовавшийся водяной пар  переносится вверх турбулентностью  и конвекцией, а по горизонтали  – ветром. Испарение зависит от температуры испаряющей поверхности  и от относительной влажности  воздуха. Насыщенный воздух не может  вместить больше пара, если температура  его не повысится. При повышении  температуры, он удаляется от насыщения, при понижении, наоборот, в нем  может начаться конденсация. Так  происходит, например, летней ночью  при ясной погоде, соприкасаясь с  холодной поверхностью, оставляет на ней капельки росы. При отрицательной  температуре выпадает иней. В воздухе, охлаждающемся от поверхности или  от пришедшего холодного воздуха, образуется туман. Он состоит из мелких капелек  или кристалликов, взвешенных в воздухе. В сильно загрязнённом воздухе образуется густой туман с примесью дыма - смог.

Облака образуются при  конденсации водяного пара в поднимающемся  воздухе вследствие его охлаждения. Высота их образования зависит от температуры относительной влажности  воздуха. При достижении им высоты, на которой насыщение станет полным (100%) начинается конденсация и облакообразование. Если восходящий воздух встретит теплый слой (инверсия), подъём прекращается, воздух не достигает границы конденсации  и облака не образуются.

Облака находятся в  постоянном движении, опускаясь ниже границы конденсации, они испаряются .Облака могут состоять из мелких капелек  или кристалликов, чаще всего они  смешанные.

Влажность зависит от природы  вещества, а в твёрдых телах, кроме  того, от степени измельчённости или  пористости. Содержание химически связанной, так называемой конституционной  воды, например гидроокисей, выделяющейся только при химическом разложении, а также воды кристаллогидратной не входит в понятие влажности.

Вода занимает около 70,8% поверхности  земного шара. Живые организмы  содержат от 50 до 99,7% воды. Образно говоря живые организмы – это одушевлённая вода. В атмосфере находится около 13-15 тыс. куб. км воды в виде капель, кристаллов снега и водяного пара, т. е., сконденсировавшись, он мог бы образовать "слой осаждённой воды" толщиной 2,4 см. Значения E, а  значит, и фактическое количество водяного пара быстро убывает с понижением температуры. Поэтому для атмосферы  типично уменьшение количества водяного пара от экватора к полюсам и очень  быстрое его уменьшение по мере увеличения высоты над Землёй. У её поверхности  среднее содержание водяного пара по объёму составляет у экватора 2,6%, а  в полярных районах 0,2 %. От подстилающей поверхности до высоты 1,5-2 км ср. содержание водяного пара уменьшается вдвое. Выше тропопаузы воздух очень сух, и вплоть до высоты 30 км в среднем  q у 2,6*10¹⁶ г/г, а f обычно не превышает нескольких  процентов. Лишь изредка влажность воздуха в стратосфере может быть гораздо большей. Так, на высотах 17-32 км иногда образуются перламутровые (стратосферные) облака, что свидетельствует о наличии насыщающей влажности воздуха.

Вода в атмосфере при t/0⁰ C может быть в газообразной и жидкой фазах, а при отрицательных температуpax - в газообразной, жидкой (переохлаждённой вплоть до -35- -40 ⁰C), и твердой (лёд). Важной особенностью водяного пара является то, что его насыщающая упругость над переохлаждённой водой (Е_в) больше, чем надо льдом (Eл).  Значение   Е ~Eв-Eл максимально при t=- 12 ⁰ С(=0,269 гПа). То, что   играет большую роль в эволюции переохлаждённых облаков, способствуя переконденсации воды с капель на кристаллы, чем облегчается образование частиц осадков.

В таблице  для различных  температур воздуха приведены значения E, а и m при насыщении над гладкой поверхностью воды (числитель) и льда (знаменатель) при р= 1000 гПа.

t,0 0С	E, гПа	а, г/м3	m, г/кг
-30	0,509/ 0,380	0,453/ 0,338	0,318/ 0,236
-20	1,254/ 1,031	1,073/ 0,883	0,784/ 0,642
-10	2,852/ 2,597	2,357/ 2,138	1,793/ 1,620
0	6,107/ 6, 106	4,844/ 4,844	3,838/ 3,838
10	12,271/-	9,390/-	7,761/-
20	23,371/-	17,270/-	14,951/-
30	42,427/-	30,330/-	27,693/-

 

Фазовые переходы воды сопровождаются выделением или поглощением тепла, поэтому они играют огромную роль в энергетике и термодинамике  атмосферы. Поскольку водяной пар  имеет в ИК-части спектра несколько  полос поглощения, влажность воздуха  сильно влияет на тепловой баланс атмосферы .Наиболее  интенсивные полосы поглощения находятся на длинах волн =5,5-7,0 мкм  и  17 мкм.

Воздух может быть сухой  и влажный в зависимости от количества паров, находящихся при  данной температуре в атмосфере. Влажный воздух содержит больший  процент молекул воды, чем сухой.

 

 

Величины измерения  влажности  газа

Для обозначения содержащейся в воздухе влаги используются следующие величины:

Абсолютная влажность воздуха

Абсолютная влажность  воздуха (f) — это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м³ воздуха; в атмосфере колеблется от 0,1-1,0 г/м³ (зимой над материками) до 30 г/м³ и более (в экваториальной зоне);

 Определяется как отношение  массы содержащегося в воздухе  водяного пара к объёму влажного  воздуха.

Абсолютная влажность  воздуха рассчитывается по следующей  формуле:

 

,где V — объём влажного  воздуха,  m — масса водяного  пара, содержащегося в этом объёме.

Обычно используемая единица  абсолютной влажности: [f] = 1 г/м³.

Абсолютная влажность  воздуха зависит от температурного режима и переноса (адвекции) влаги  с океаническими массами воздуха. При одной и той же температуре  воздух может поглотить вполне определенное количество водяного пара и достичь  состояния полного насыщения.

Абсолютная влажность  воздуха в состоянии его насыщения  носит название влагоёмкости. Величина влагоёмкости воздуха резко возрастает с увеличением его температуры.

 

Температура t, °C	-30            -20          -10              0             10     20              30             40           50           60        70               80           90          100
Максимальная абсолютная влажность р max, (г/м³)	0,29          0,81         2,1           4,8          9,4          17,3          30,4         51,1         83,0        130         198          293         423          598

 

Для суждения о степени  влажности важно знать, близок или  далёк водяной пар, находящийся  в воздухе, от состояния насыщения. Для этого вводят понятие относительной  влажности.

Упругость водяного пара p —  это парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе. ; выражается в мбар или мм рт. ст. Упругость  водяного пара зависит от количества водяного пара в единице объёма и  является одной из характеристик  влажности воздуха.

Упругость водяного пара у  земной поверхности может быть около  нуля (в Антарктиде, зимой в Якутии, иногда в пустынях) и до 30—35 мбар вблизи экватора. Упругость пара в  полярных широтах зимой меньше 1 мбар (иногда лишь сотые доли мбар) и  летом ниже 5 мбар; в тропиках же она  возрастает до 30 мбар, а иногда и  больше. В субтропических пустынях упругость водяного пара понижена до 5—10 мбар. С высотой упругость  пара быстро убывает — в 2 раза в  нижних 1,5 км и почти до нуля на верхней  границе тропосферы

Водяной пар в воздухе  обычно является ненасыщенным. Перемещение  воздушных масс, обусловленное в  конечном счете излучением Солнца, приводит к тому, что в одних  местах нашей планеты в данный момент испарение воды преобладает  над конденсацией, а в других, наоборот, преобладает конденсация.

В СИ единицами упругости  являтся паскаль (Па). Иногда используются внесистемные единицы миллиметр  ртутного столба (мм рт. ст.), мбар.

Относительная влажность воздуха

Относительная влажность  воздуха (φ) — это отношение его  текущей абсолютной влажности к  максимальной абсолютной влажности  при данной температуре. Она также  определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к  равновесному давлению насыщенного  пара; это отношение плотности  водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах.

Относительная влажность  очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая до 85 % и более), а  также в полярных широтах и  зимой внутри материков средних  широт. Летом высокой относительной  влажностью характеризуются муссонные  районы. Низкие значения относительной  влажности наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой  в муссонных районах (до 50 % и ниже).

С высотой влажность быстро убывает. На высоте 1,5-2 км упругость  пара в среднем вдвое меньше, чем  у земной поверхности. На тропосферу приходится 99% водяного пара атмосферы. В среднем над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе  содержится около 28,5 кг водяного пара.

Большое значение имеет относительная  влажность воздуха, сообщения о  которой каждый день  звучат в  сводках метеопрогноза.

Измеряется в процентах  и определяется по формуле:

 

где:    — относительная влажность рассматриваемой смеси (воздуха);     —парциальное давление паров воды в смеси;    — равновесное давление насыщенного пара.

Давление насыщенных паров  воды сильно растёт при увеличении температуры . Поэтому при изобарическом (то есть, при постоянном давлении) охлаждении воздуха с постоянной концентрацией  пара наступает момент , когда пар  насыщается. При этом «лишний» пар  конденсируется в виде тумана или  кристалликов льда. Процессы насыщения и конденсации водяного пара играют огромную роль в физике атмосферы

Относительная влажность  водно-воздушной смеси может быть оценена, если известны её температура (T) и температура точки росы (T0). Когда T и T0 выражены в градусах Цельсия, тогда истинно выражение:

 

где парциальное давление водного пара в смеси оценено   :

 

и влажное давление пара воды в смеси при температуре  оценено  :